編號：FTJS08779
篇名：CO2消除鎵氫物種提升Ga2O3/SiO2丙烷脫氫反應(yīng)性能
作者：劉怡 張光輝 王建洋 朱杰 張新寶 Jeffrey T.Miller 宋春山 郭新聞
關(guān)鍵詞： Ga氫化物 Ga2O3 CO2 丙烷脫氫 原位紅外光譜
機(jī)構(gòu)： 大連理工大學(xué)化工學(xué)院賓州-大連聯(lián)合能源研究中心 普渡大學(xué)戴維森化學(xué)工程學(xué)院 香港中文大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系
摘要： 丙烯是一種基礎(chǔ)石油化工原料,在全球石油化工生產(chǎn)中占有重要地位.以丙烯為原料可生產(chǎn)許多石油化學(xué)品,如丙烯腈、環(huán)氧丙烷和聚丙烯等.經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶動了丙烯下游衍生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,進(jìn)而增加了對丙烯的需求量,因此盡管近年來丙烯產(chǎn)能逐年上升,丙烯產(chǎn)量與需求量之間仍存在較大缺口.傳統(tǒng)的丙烯生產(chǎn)路徑主要是石腦油蒸汽裂解和重質(zhì)油催化裂化.然而,隨著石油資源的短缺和頁巖氣的發(fā)展,丙烷脫氫作為一種直接生產(chǎn)丙烯的技術(shù),成為丙烯生產(chǎn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).近年來,鎵基催化劑由于其較少的積碳和較高的催化活性受到了越來越多的關(guān)注.鎵基催化劑在丙烷脫氫反應(yīng)中的活性位點(diǎn)也得到了更多研究.在鎵基催化劑中,鎵氧化物具有丙烷脫氫活性,而丙烷脫氫反應(yīng)過程中產(chǎn)生的鎵氫(Gaδ+-Hx)物種不穩(wěn)定,且會造成丙烯選擇性降低,導(dǎo)致丙烯產(chǎn)率降低.因此,反應(yīng)過程中原位消除鎵氫物種對于提高丙烷脫氫反應(yīng)性能具有非常重要的意義.本文將CO2作為溫和氧化劑引入Ga2O3/SiO2催化的丙烷脫氫反應(yīng)中,促進(jìn)不利的中間產(chǎn)物Gaδ+-Hx的轉(zhuǎn)化,再生丙烷脫氫的活性位點(diǎn)Ga3+-O,從而提高催化性能.原位紅外光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CO2可有效消除Gaδ+-Hx.在不同反應(yīng)溫度下,引入CO2可顯著提高Ga2O3/SiO2催化丙烷脫氫的轉(zhuǎn)化率,特別是選擇性.反應(yīng)4.5 h時,3Ga2O3/SiO2催化丙烷脫氫的選擇性從93%降低到89%;引入CO2后,丙烯選擇性可提高到并維持在93%.Ga2O3負(fù)載量由3 wt%提高到10 wt%時,引入CO2仍可促進(jìn)反應(yīng)性能.當(dāng)CO2:C3H8由0.5增加到3時,引入CO2帶來的反應(yīng)性能提升基本相同.同時,引入CO2大大減少反應(yīng)過程中產(chǎn)生的積碳.本文對鎵基催化劑丙烷脫氫活性中心的認(rèn)識和提高丙烷脫氫反應(yīng)性能提供了新方向.
